1.Cae системы. Решаемые задачи. Представители. Плюсы и минусы систем.

CAE – программы предназначенные для расчетов, анализа и симуляции физических процессов. Чаще всего оси по числовым методам решения дифференциальных уравнений используются совместно с CAD-системами. Методы расчета:

• КЭ (конечных элементов)

• Конечных разностей

• Конечных объемов

Позволяют оценить поведение в реальных условиях, помогают убедиться в работоспособности. Представители:

• ANSYS универсальная система конечных элементов анализа со встроенными пред/постпроцессами

• T-Flex – анализ

• Open FOAM – свободно распространяемая универсальная система конечных объемов пространственного моделирования механических сплошных сред

• APM WinMashine – CAD/CAE – система автоматич расчет а и проектирования оборудования, включает конечные элементы анализа со встроенными пред/постпроцессами

• Autodesk Inventor – основа технологических цифровых прототипов

Всестороннее рассмотрение SD моделей, деталей и изделий и их поведения до изготовления опытных образцов.

NX (Unigraphics):

• SolidWorks Simulation (CosmosWorks)

+ Топс пакетов: универс – любая задача; используются профессионалами.

- Тех пакетов: время расчета.

+ Интегр с-м: минимум необх. кол-ва элементов; точная геометрия;

перебор вариантов; для широкого круга использрвания.

-Интегр с-м: ограниченный набор конечных элементов матем. условий;

ограниченная применяемость.

ANSYS DesignSpace – на базе ANSYS, интегрированный в SolidWorks модуль.

+:вид результатов; нелинейные хар-ки теплопроводности и конвекции;

тополог. опт. – выделение несущих участков

-: уд. нагрузки; парам. оптимизации; есть еще минусы))

MSC Visual Nastan 4D

Используется непосредственно модель SW

Комп. прочности и динамич анализ.

+: зависимость коэф. теплоотдачи при ков. теплообмена; адекватный перенос динамич. нагрузок в статич анализ.

-: удаленная нагрузка; адаптивное разбиение; огр. условия вход/выход

Модель

Catia & structural

• Generative Part Struktural Analisis – статический анализ и расчет отдельных деталей.

• Generative Assambly Struktural Analisis – статический аналих и расчет сборок.

• Elfing Part Struktural Analisis – расширенный выбор КЭ при постоянном произв.

Fem Suсfacc – генератор сеток.

Единое математическое ядро с Catia полное понимание моделей.

Pro Engenering и Pro Mechanika

• Struktural Simulation Packade – статический и динамический анализ, расчет собственной частоты детали и СБ, чувствительность конструкции.

• Motion Simulation Packade – кинематическая и динамическая модель мех.

• Termal Simulation Packade - расчет детали и СБ

• Fatigue Advisar – прогноз долговечности конструкции.

Вывод: все инт. КЭ пакеты близки по функциям.

2.Метод конечных элементов.

Ключевые методы решения статических задач теории упругости для данного программного обеспечения:

- Деформации упругие малые. Граничные условия не изменные по величине и направлению;жесткость не зависит от деформации.

- Дискретизация тела на элементе области (объем тетраэдра с линейными или параболическими гранями; поверхность – плоский или криволинейный треугольник) – конечных элементов.

- Узлы в вершинах и на серединах сторон. В них задаются и вычисляются перемещения и усилия.

-степени свободы: пространственные КЭ перемещения в 3х направлениях осей. КЭ - 3 перемещения по осям + 3 угла поворота нормали к серединной поверхности.

- В пределах КЭ перемещения апроксиальной функции линейной (1го порядка) или параболической (2го порядка) функции.

- Приложение граничных условий (кинематических перемещений; статических усилий) деформации тела. Распределение нагрузки – сосредотачивание в узлах. Для каждой КЭ определяется матрица жесткости. Матрица жесткости * столбец перемещений = столбец усилий.

- матрица жесткости КЭ оси на Е и μ материалов.

- матрица жесткости КЭ объединяют в глобальную (К) столбцы перемещений u,v,w. В узлах 1,2,3 =8 столбцов перемещений. [∆]= [u v w u2 v2 w2 ……..uk vk wk …]

Усилия в направлении осей – 8 глобальный столбец усилий:

[p] = [ p_1x; p_1y; p_1z;………; p_kx; p_ky; p_kz;] образуя систему уравнений с неизвестными углами поворота – перемещения. [k][p]=[∆]

-матрица [∆] разреженная – большинство элементов = 0

- полученные решения соответствуют min потенциальной энергии деформации упругой системы.

- система уравнений решается с вычислением [∆]

-для каждой КЭ при наличии перемещений (углов поворота) в узлах и аппроксиальных функций определяет деформации для линейного элемента деформации const , для параболических – линейные. При необходимых напряжениях в узлах элементов усредняются с перемещением в каждый элемент.

- Вычисление эквивалентных напряжений по одному из критериев прочности производится на основании параметров почности материала и компонентов напряжений деформации состояния.